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光在各向同性介质界面的反射折射 四 反射光与折射光的偏振状态 五 全反射与隐逝波 一 反射 折射时光的振幅比菲涅耳公式 1 Es和Ep是同一矢量E的s分量和p分量 频率相同 可以表瞬时量 也可表复振幅 2 S分量与p分量相互独立 菲涅耳公式以i1表示 消去i2 三个特殊角度 1 正入射i1 0 不论内反射还是外反射 外反射 从光疏介质射向光密介质 2 无论外反射和内反射都有一特殊角度 ib称为布儒斯特 D Brewster 角 3 对内反射 光密到光疏 存在一角度 ic称为全反射临界角 二 反射 折射时光的能流比与光强比 光强正比于光振动振幅平方 注意 一般折射反射问题中 考虑不同折射率的影响 光强反射率 光强反射率光强折射率 光强透射率 振幅比 光强比 能流比 S光反射 P光反射 S光透射 P光透射 能流反射率能流折射率 光通量 能流反射率 能流透射率 能量守恒 自然光入射 总能流反射率 总光强反射率 总光强透射率 总能流透射率 正入射时 无论外反射内反射 对空气 玻璃界面 R 0 04 T 0 96 外反射时 R一般随入射角i1的增加而增大 当即掠入射Rs和RP均趋近于1 例如 在湖岸边观察水下物体时 近物要比远物更加清楚 相反 远处物体在湖面的倒影则比近物更加清晰 正入射 例 1 求证 当光线以布儒斯特角入射时 折射光线与反射光线互相垂直 2 讨论当p光以布儒斯特角入射时 透射光与入射光的能流比和光强比 解 1 由折射定律 即 能量全部进入第二种介质 2 此时 注意到 光疏进入光密时 n21 1 Tp1 透射光强大于入射光强 振幅比 光强比 能流比 S光反射 P光反射 S光透射 P光透射 三 反射光与折射光的相位变化 复振幅 1 折射光永无相移 透射光永远与入射光同相 2 反射光的相位变化 外反射 S光 反相 内反射 3 半波损失问题讨论 界面上反射波E矢量 s分量和p分量均发生振动方向反转 单个界面 1 外反射s分量和p分量都对入射波发生了反转 反射入射E反向 外反射有半波损失 内反射无半波损失 2 内反射s分量和p分量都未反向 反射入射E同向 3 透射波 无论发生外反射或内反射均无半波损失 同样方法可讨论掠入射的半波损失情况 介质板上下表面的反射和折射 光束1 2的附加程差为 光束2 3 4之间或1 2 3 之间附加程差均为零 单一界面 1 光从光疏介质射向光密介质 正入射及掠入射时 反射光均有半波损失 2 光从光密介质射向光疏介质 正入射时 反射光无半波损失 3 任何情况下 透射光均无半波损失 介质板在均匀介质中 任何情况下 反射光1 2之间的光程差需计入半波损失 附加半波程差 光束2 3 4之间或1 2 3 之间无须引入附加程差 四 反射光与折射光的偏振状态 1 入射光为线偏振光 反射光仍为线偏振光 2 入射光为圆偏振光 反射为椭圆偏振光 旋向相同 3 入射光为自然光 反射为部分偏振光 s光强度大于p光强度 1 正入射时 外反射和内反射 及掠入射时 反射光和折射光都是自然光 2 以布儒斯特角入射 外反射和内反射 反射光为s态偏振光 折射光中p态偏振光占优势 玻璃片堆 1 利用玻璃片堆的多次反射 提高反射线偏振光的强度 2 经多层玻璃板 透射光变为p态线偏振光 本章小结 一 波的概念 光矢量E 二 波的数学描述 3类光波 平面波 球面波 柱面波3种表示方法 实数 复数 矢量 复振幅 发散 会聚 时空周期性 一维波 三维波 三 波的叠加 1 同频率 一般 特例 1 同向振动E10平行于E20 2 同频 同向振动 反向传播 光驻波 和振幅变化周期为 2 半波损 3 同频E10 E20 偏振光 0时 线偏振一 三象限 时 二 四象限 2 正椭圆偏振左旋 2 正椭圆偏振右旋 一般值 斜椭圆0 左旋 0右旋 2 频率相近 同向振动 同向传播 光学拍 空间拍频 四 光的偏振态 完全偏振光 IP 线偏振 圆偏振 椭圆 Ex Ey相位差恒定 非完全偏振光 自然光 In Ex Ey相位无关 偏振光模型 2 掠入射 R 1 由光疏 光密有